Laserinterferometer-Refraktometer

Abstract

 Bei einem Laserinterferometer - Refraktometer ist eine Vakuumkammer (10) vorgesehen, mit der ein Teil des Meßstrahls (4) evakuierbar ist. Die Länge (L) der evakuierbaren Wegstrecke des Meßstrahls (4) ist durch die Verbindungsstücke (7, 8) festgelegt, wel­che die optischen Begrenzungselemente (1, 6) mit­einander verbinden. Damit die Länge (L) der eva­kuierbaren Wegstrecke unabhängig vom äußeren Luft­druck ist, sind die optischen Begrenzungselemente (1, 6) vollständig innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet und von den Innenwänden der Vakuumkammer (10) beabstandet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Laserinterferometer-Re­fraktometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Laserinterferometer werden in der Meßtechnik ein­gesetzt, um Größen, wie Längen, Winkel oder Ge­schwindigkeiten usw. zu erfassen. Insbesondere er­folgt ihr Einsatz bei Werkzeugmaschinen und Koor­dinatenmeßmaschinen. Ein entscheidendes Kriterium für die Genauigkeit eines Laserinterferometers ist die Berücksichtigung der Brechzahl der umgebenden Luft.

[0003] Vorrichtungen mit denen die Brechzahl ermittelt werden kann, nennt man Refraktometer. Laserinter­ferometer-Refraktometer sind Vorrichtungen, bei denen die Brechzahl der Luft interferometrisch ge­messen wird. Dabei wird die Differenz der optischen Weglänge bei gleichen geometrischen Längen zwischen Luft und Vakuum in einer Vakuumkammer gemessen. Das Ergebnis der Brechzahlbestimmung wird bei der ei­gentlichen Messung einer Größe berücksichtigt.

[0004] Ein Laserinterferometer-Refraktometer ist bereits aus der DE-OS 30 37 567 bekannt. Dort ist ein Strahlteiler vorgesehen, der einen Laserstrahl in einen Referenz- und Meßstrahl aufspaltet. Eine Teilstrecke des Maßstrahles ist von einer Röhre umgeben, die durch beidseitig befestigte optische Begrenzungselemente in Form von Glasplatten abge­schlossen ist. Die Röhre mit den Glasplatten bildet die Vakuumkammer und bestimmt die geometrische Län­ge bzw. die Wegstrecke des Meßstrahls im Vakuum. Dieses bekannte Laserinterferometer-Refraktometer hat den Nachteil, daß beim Evakuieren der Vakuum­kammer diese Wegstrecke vom äußeren Luftdruck be­einflußt wird, weil die beiden Glasplatten zur Be­grenzung der evakuierten Wegstrecke unmittelbar der Umgebungsluft ausgesetzt sind.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein La­serinterferometer - Refraktometer zu schaffen, bei dem die evakuierbare Wegstrecke des Meßstrahls vom äußeren Luftdruck unabhängig ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0007] Wenn man die optischen Begrenzungselemente inner­halb der Vakuumkammer anbringt, werden sie allsei­tig vom äußeren Luftdruck beeinflußt, wodurch sich keine Längenänderung der evakuierbaren Wegstrecke des Meßstrahls ergibt. Es wird eine Entkoppelung der Begrenzungselemente von der Vakuumkammer er­reicht.

[0008] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran­sprüchen angegeben.

[0009] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele er­läutert.

[0010] Es zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Laserinterferometer-Re­fraktometers,

Figur 2 eine Variante des Aufbaus des Laserinterferomter-Refraktome­ters.

[0011] Das in Figur 1 dargestellte Laserinterferometer-­Refraktometer besteht aus einem Strahlteiler 1, der einen Lichtstrahl 2 eines nicht gezeigten Lasers in einen Referenzstrahl 3 und einen Meßstrahl 4 auf­spaltet. Der Referenzstrahl 3 gelangt zu einem Re­ferenzreflektor 5, der ein Tripelspiegel ist, wird dort umgelenkt und gelangt wiederum zu dem Strahl­teiler 1. Zur Umlenkung des Meßstrahls 4 ist ein Meßreflektor 6 in einem fest vorgegebenen Abstand zum Strahlteiler 1 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Strahlteiler 1 und dem Meßreflektor 6 ist durch zwei Verbindungsstücke 7 und 8 festgelegt. Der Strahlteiler 1 und der Referenzreflektor 5 bilden mit dem Meßreflektor 6 eine Baugruppe 9, deren Bau­steine eine starre Zuordnung zueinander aufweisen.

[0012] Diese Baugruppe 9 ist so angeordnet, daß die eva­kuierbare Wegstrecke des Meßstrahls 4 vom äußeren Luftdruck unabhängig ist. Dies wird erreicht, indem die Baugruppe 9 innerhalb einer Vakuumkammer 10 angeordnet ist und der Strahlteiler 1 sowie der Referenzreflektor 5 mit der Vakuumkammer 10 fest verbunden ist, die Verbindungsstücke 7 und 8 sowie der Meßreflektor 6 aber keine weitere starre Ver­bindung zu der Vakuumkammer 10 aufweisen. Sollte aufgrund von äußeren Drücken eine Verschiebung der Wände der Vakuumkammer 10 erfolgen, so wird diese Verschiebung auf die gesamte Baugruppe 9 übertra­gen, ohne daß sich die Länge L ändert.

[0013] Die evakuierbare Wegstrecke des Meßstrahls 4 wird bei der gezeigten Ausführungsform durch den Strahl­teiler 1 und den Meßreflektor 6 begrenzt, in nicht gezeigter Weise können auch andere optische Begren­zungselemente eingesetzt werden. Die Baugruppe 9 enthält im gezeigten Beispiel einen Umlenkspiegel 11, der einen Teilstrahl 12 des Meßstrahls 4 und des Referenzstrahls 3 zu einem nicht gezeigten Emp­fänger leitet. Ein weiterer Teilstrahl 13 wird zu einem weiteren Empfänger geleitet.

[0014] In Figur 2 ist eine besonders vorteilhafte Variante des Laserinterferometer-Refraktometers nach der Erfindung gezeigt. Gleichwirkende Teile sind in der Figur 1 und in der Figur 2 mit den gleichen Bezugs­zeichen versehen. Wie in der Figur 1, so sind der Strahlteiler 1, der Referenzreflektor 5, die Ver­bindungsstücke 7, 8 sowie der Meßreflektor 6 in­nerhalb der Vakuumkammer 10 angeordnet. Die Bau­gruppe 9 ist allseitig von den Innenwänden der Vakuumkammer 10 beabstandet. Sie ist innerhalb der Vakuumkammer 10 statisch bestimmt befestigt, d. h., daß sie sich bei Auftreten von äußeren Kräften zwar verschieben kann, aber die Lage der einzelnen Bau­steine der Baugruppe 9 zueinander aufrechterhalten bleibt. Dies wird durch die Befestigungselemente in Form von drei Blattfedern 14 erreicht. Diese drei Blattfedern 14 lagern die Baugruppe 9 relativ zu der Vakuumkammer 10. Zur Befestigung der Bau­gruppe 9 können aber auch andere Befestigungs­elemente zur Anwendung kommen, so beispielsweise Führungen verschiedenster Art, Stäbe mit Schwach­stellen oder Drähte. Wichtig ist bei allen Be­festigungsarten, daß bei Anderungen des äußeren Luftdruckes die Bewegung der Wände der Vakuumkammer 10 keine Anderung der Wegstrecke des evakuierbaren Meßstrahls 4 verursacht.

[0015] In der Baugruppe 9 ist ein weiterer Meßreflektor 15 integriert, durch den eine Faltung des Meßstrahls 4 erfolgt. Der Abstand der beiden Meßreflektoren 6 und 15 wird ebenfalls durch die Verbindungsstücke 7, 8 bestimmt. Durch die Anordnung von mehreren Meßreflektoren 6 und 15 durchläuft der Meßstrahl mehr als zwei mal die Meßstrecke, wodurch man eine hohe Auflösung bei geringer Baulänge erreicht.

[0016] In allen Fällen sind die Verbindungsstücke 7, 8 vorzugsweise aus einem Material mit geringer ther­mischer Ausdehnung, es kann aber auch ein Material zum Einsatz kommen, dessen Ausdehnungskoeffizient mit kompensiert werden soll.

[0017] Weiterhin ist es auch möglich, daß der Referenzre­flektor 5 außerhalb der Vakuumkammer 10 angeordnet ist. Die Baugruppe 9 besteht dann nur aus dem Strahlteiler 1, den Verbindungstücken 7, 8 sowie zumindest einen Meßreflektor 6. Wie bereits er­wähnt, können anstelle des Strahlteilers 1 und des Meßreflektors 6 auch andere optische Begrenzungs­elemente Verwendung finden.

[0018] In den gezeigten Beispielen ist die gesamte Weg­strecke des Meßstrahls 4 evakuierbar, es ist aber auch möglich, daß nur ein Teil dieser Wegstrecke innerhalb der Vakuumkammer 10 verläuft. Hierzu ist der Strahlteiler 1 und der Referenzreflektor 5 au­ßerhalb der Vakuumkammer 10 angeordnet, so daß der Strahlteiler 1 zwar weiterhin den Meßstrahl 4 er­zeugt, aber nicht mehr das optische Begrenzungs­element der evakuierbaren Wegstrecke ist. Die Auf­gabe des optischen Begrenzungselementes übernimmt in diesem Fall ein in den Figuren 1 und 2 gezeigtes Glasfenster 16.

Ansprüche

1. Laserinterferometer-Refraktometer mit einem Baustein zur Bildung eines Meßstrahls und mit einem Meßreflektor, wobei eine Vakuumkammer vor­gesehen ist, mit der zumindest eine Teilstrecke des Meßstrahls evakuierbar ist und die evakuier­bare Wegstrecke des Meßstrahls durch optische Begrenzungselemente begrenzt ist, deren Abstand durch zumindest ein Verbindungsstück festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Begrenzungselement (6) auf einer Seite der evakuierbaren Wegstrecke des Meßstrahls (4) vollständig innerhalb der Vakuumkammer (10) an­geordnet ist und daß es von den Innenwänden der Vakuumkammer (10) beabstandet ist.

2. Laserinterferometer-Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Verbindungsstück (7, 8) innerhalb der Va­kuumkammer (10) angeordnet ist.

3. Laserinterferometer-Refraktometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der evakuierbaren Wegstrecke des Meßstrahls (4) ein Strahlteiler (1) und am anderen Ende der Meßreflektor (6) als optische Begrenzungsele­mente angeordnet sind.

4. Laserinterferometer-Refraktometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (1) und der Meßreflektor (6) über das zumindest eine Verbindungsstück (7, 8) starr miteinander verbunden sind und eine Baugruppe (9) bilden.

5. Laserinterferometer-Refraktometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe (9) zumindest einen weiteren Meßreflektor (15) zur Umlenkung des Meßstrahls (4) aufweist.

6. Laserinterferometer-Refraktometer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bau­gruppe (9) einen Referenzreflektor (5) enthält, der in einem festen Abstand zum Strahlteiler (1) angeordnet ist.

7. Laserinterferometer-Refraktometer nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (1) oder die Halterung die­ses Strahlteilers (1) starr mit der Vakuumkammer (10) gekoppelt ist und das zumindest eine Ver­bindungsstück (7, 8) sowie der Meßreflektor (6) von den Innenwänden der Vakuumkammer (10) beab­standet angeordnet ist.

8. Laserinterferometer-Refraktometer nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Baugruppe (9) innerhalb der Va­kuumkammer (10) angeordnet ist und zwischen der Baugruppe (9) und der Vakuumkammer (10) Be­festigungsmittel (14) vorgesehen sind.

9. Laserinterferometer - Refraktometer nach An­spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­festigungsmittel als Blattfedern (14) ausgebil­det sind.

Zeichnung